面向3G的移动承载网络的优化与演进

3G的发展需要更加优化的多业务承载平台

    随着3G不断深入发展并逐步走向成熟，各大运营商越来越关注未来基于3G的各类业务及承载网络的发展、演进。同时，就运营商本身而言，随着3G牌照的发放，传统的移动或固网运营商很可能以此为契机，逐步转化成为提供多种业务、多种接入方式、多种信息服务模式的全业务综合通信运营商。FMC/IMS等概念也正逐步为市场所接受。这一切都在客观上对承载网络提出了越来越高的要求。
 
    因此，如何有效地平衡、改造现有的传输网络、数据网络，最大程度地利用现有投资，同时实现面向未来的多业务承载和扩展能力，成为运营商不得不面对的现实问题。而且，随着3G的发展及各类宽带业务的不断引入，相关承载网络的演进将变得越来越重要，由此产生的矛盾也将越来越突出，如：

    如何实现对2G、3G甚至固定宽带接入流量承载的兼容；

    如何实现流量的区分并有效部署相应的QoS策略；

    如何有效地处理基于包交换的宽带业务带来的突发流量；

    如何有效地实现各类流量的优化，尽可能地利用现有的带宽及VC（SDH）资源；

    如何平衡承载网在3G发展的不同阶段针对不同业务的成本效益；

    如何实现向全IP网络的平滑演进；

    ……

    总之，运营商在3G引入之前或3G引入的初期，就承载网络的优化、改造、演进等问题做全面、深入的分析、探讨甚至实验，都必将对整个网络的健康发展、平滑演进产生深远影响。其意义可涉及投资优化、业务引入、业务模型优化、网络融合、综合运营等诸多领域。

    对承载平台的基本要求

    3G业务相对于2G业务，无论从内容上还是形式上都发生了根本的变化，主要体现在以下几方面。

    传输带宽需求大

    3G可提供话音、数据、图像等多媒体业务，数据速率高达144Kbit/s～2Mbit/s，终端多种多样，实现全球无缝连接。目前商用化的WCDMA系统已经实现了384Kbit/s的用户速率，比GPRS提供的用户速率(30～40Kbit/s)提高了10倍左右。相应地，若按照相同比例考虑，则传送带宽也要增大10倍左右。从接口方面来看，3G基站到基站控制器之间的接口还能够提供可选的2Mbit/s、N×2Mbit/s和155Mbit/s，随着3G技术的演进及R5的引入，100Mbit/s以太网接口会逐渐成为主流；而传统的2G系统都是2Mbit/s接口。由此可见，3G对于传送网的带宽需求相对2G或2.5G系统而言增加很多。

    业务多样性

    在3G业务中，除了传统的语音业务外，还有数据类业务，如多媒体流、上网、消息类服务、定位服务和基于商务和个人的特有服务等等。数据类业务的突发性很强，对3G传输网络提出了新要求，不但要求高带宽，而且还要求高的带宽利用率和强大的多业务处理能力。也就是说，在3G传输网络的承载业务中，既要有严格保证业务质量的TDM方式，又要有充分利用带宽和传输效率的分组方式，如ATM和FE/GE等。

    QoS要求不同

    从用户终端角度来看，链路连接质量通常和链路连接中的延迟相关。因此，链路连接延迟是区分3G业务QoS类别的主要属性，其他的因素还有保证比特速率(带宽)和传输性质(均衡/非均衡)。

    3G业务QoS类别及其定义如下。(1)会话类别。最小固定延迟，无缓冲，均衡传输，保证比特速率。(2)流类别。最小可变延迟，允许缓冲，非均衡传输，保证比特速率。(3)交互类别。适度可变延迟，允许缓冲，非均衡传输，不保证比特速率。(4)背景类别。较大可变延迟，允许缓冲，非均衡传输，不保证比特速率。

    业务属性的变化对承载网也提出了不同的要求，主要表现在以下几方面。

    多业务支持能力。传统的2G移动网络和传输网络基于电路交换，而WCDMAR99/R4商用化版本目前采用ATM协议。3G网络的发展趋势是全IP化，因此在相当长的一段时间内，电路交换业务和分组业务将在网络中并存，需要承载网络在支持传统电路交换业务的同时，也同样能够支持日益增长的分组业务。同时能够满足语音、视频、数据业务承载要求，具备差异化服务能力。

    良好的扩展性。随着3G技术的发展和业务的开展，可以预见移动数据业务的份额以及移动总业务量会有较大的增长，这需要承载网络具有在能够满足大容量传输的基础上，具有良好的可扩展性，尤其是面向基于包交换的移动数据业务的扩展。

    业务收敛汇聚能力。3G业务的带宽需求主要来源于移动数据业务，数据业务具有流量不确定和突发等特性，因此承载网络应该具备业务的收敛汇聚能力，以保证有效利用传输网的带宽，节省网络建设的投资。

    网络可靠性。3G业务包括移动数据业务和话音业务，可靠性要求高于一般的数据网络，因此承载网络必须具有电信级的保护能力，提供较高的可靠性。

    可管理性。随着3G业务的开展和网络的广覆盖，承载网络将逐渐演进为庞大的多业务传送网络，良好的管理能力将有效节约网络的运营维护成本。

    综上所述，3G的引入必将对整个网络的业务及承载模型带来革命性的变化。同时，随之而来的FMC/IMS等概念的引入将进一步促进承载网络的融合，一个兼容各类不同业务、不同用户、不同接入方式的、面向未来的、融合的全业务承载网络呼之欲出。综合考虑，一张融合的多业务承载网应具备以下特征。

    向下兼容。承载网需具备向下兼容的能力，可兼容传统的2G业务及各类基于电路交换的窄带业务。

    多业务承载。对于语音、数据、视频等不同业务的统一承载能力及与之相关的业务区分和QoS保障能力。

    充分保护现有投资。充分利用现有的带宽、传输资源，有效平衡不同发展阶段对于不同业务承载的成本效益。

    面向未来。具备实现向基于包交换的全IP网络的平滑演进能力（如各类电信级以太网技术的无缝引入）。

    承载网络优化方案

    对于3G引入的初期，承载网络需要解决的问题包括三个方面，一是核心网内交换和分组网元的互联，二是RNC与核心网的业务传输，第三是RNC到NodeB之间的ATM业务承载。在实际网络环境中，3G承载网主要分为接入层、汇聚层和骨干层传输。在3G建网模式中，RNC与核心网设备通常安装在中心节点中，由骨干层承担核心网网元间的连接以及RNC与核心网的传输，这部分规划部署都比较简单。而NodeB处于网络的边缘，数量庞大且分散在城乡各处，与RNC之间的业务连接必须通过城域网(接入层和汇聚层)来完成。3G运营商如何把NodeB侧封装为ATM/IP格式的数据，并安全、高效地传输至RNC侧成为了承载网优化的核心问题。以下便主要讨论Node B与RNC之间的承载传输方案（Mobile backhauling）。

    就业务与技术的发展而言，承载网的演进可分为3个阶段：（1）3G引入阶段，对现有传输网络的充分利用（3GForFree）；（2）3G发展阶段，引入性价比更高的基于包交换的承载平面混合组网，实现针对不同业务的流量优化；（3）3G成熟阶段，全网实现基于包交换的多业务承载（如图1所示）。

图1  移动承载网发展的三个阶段

    由于目前市场正处于3G的引入阶段，因此我们着重就如何有效地优化流量及接口实现对现有传输网络的充分利用进行讨论，并分析相关方案面向未来（基于包交换网络）的演进能力。

    就需求而言，如前文分析，优化后的承载网络应具备如下特性。

    →兼容2G技术；

    →多种接口、多种接入方式；

    →面向2G、3G的流量优化，在3G引入的初期尤其要考虑对2G（Abis）及基于ATM的3G流量（R5引入之前）的有效优化；

    →业务流量识别，QoS保证；

    →强大的扩展能力及面向基于包交换网络的平滑演进。

    就实际部署而言，MSTP丰富了SDH的接口及相应承载能力，并且针对以太网数据的特点引入了LCAS和VC技术，一定程度上实现了对流量的优化，因此逐渐成为了传统传输平台改造的首选技术。但MSTP的引入需要对传输节点进行升级，而且并未真正实现全网流量的有效优化，尤其是2G业务及基于ATM的3G数据流量。同时，由于MSTP是基于传统SDH的升级，其本身对于以太网和ATM技术的全面支持仍待进一步完善。因此，考虑综合成本和网络升级、改造对现有2G业务的影响。以及网络对Ethernet、ATM技术的全面支持和对传输资源的充分、有效利用，不改变现有传输平台的体系架构，无需升级传输节点，只在网络的接入侧与汇聚侧引入多业务智能边缘设备（如图2所示），将成为MSTP之外，运营商承载网络优化改造的另一明智选择。

图2　引入多业务智能边缘优化3G承载网络

    接入侧→多业务接入网关（MultiservieAccessGateway）的引入

    接入侧的多业务接入网关（MultiservieAccessGateway）应面向目前市场上各类不同的NodeB和BTS设备提供接入、区域汇聚（Node B Hub）、流量优化、流量区分和QoS策略部署。

    多业务接入网关的接口能力

    Abis(2G)、ATME1、IMAE1、Ethernet FE、STM-1等。

    流量汇聚和优化及QoS部署

    （1）面向2G提供Abis流量优化，包括对空闲信道、空闲数据帧（GPRS,EDGE帧）、空闲TRAU帧及SilenceFrame的压缩。可节省40％～60％的带宽，有效提高E1传输线路的带宽利用率，增强现有传输平台对3G的支持能力。

    （２）面向ATM数据流量的优化，包括流量区分、ATM统计复用及QoS策略部署。

    （３）面向以太网的流量优化，包括业务感知、流量区分、灵活的带宽分配、流量整形和QoS保障。

    汇聚侧→多业务汇聚节点（MultiserviceAggregationNode）的引入

    汇聚侧的多业务汇聚节点（MultiserviceAggregationNode）应面向市场上各类不同的RNC、BSC设备提供各种标准接口，并与多业务接入网关配合实现流量的优化、区分及QoS策略的全局部署。从而最大程度提高现有传输资源（带宽及VC资源）的利用效率，有效地保护现有投资。

    多业务汇聚节点的接口能力

    Abis(2G)、ATME1、IMAE1、Ethernet FE/GE、STM-1、 STM-4、Channelized STM-1等。

    流量汇聚和优化及QoS部署

    与多业务接入网关配合实现流量的优化、区分及QoS策略的全局部署。包括面向2G（Abis）、3G（ATM、Ethernet）技术的流量区分、流量优化、流量整形、QoS策略部署等等。

    网络的扩展及面向基于包交换网络的平滑演进

    考虑到网络向基于IP（包交换）的全业务数据网演进的趋势，目前基于传输网络的优化方案应可灵活过渡到混合组网模式（如图3所示），并最终配合电信级以太网技术的引入在全网实现基于包交换的多业务承载。这也要求，在网络边缘引入的多业务接入网关和多业务汇聚节点具备丰富的以太网功能，并能灵活支持各类电信级以太网技术的引入。

图3  面向基于包交换网络的平滑演进

    总结

    随着3G、FMC/IMS等概念及相关技术逐步被市场所接受，一个融合的多业务承载网络在业务及网络的发展演进过程中将扮演至关重要的角色。如何规划、部署一张真正的面向未来的承载网络，同时有效地利用现有网络资源、保护投资已经成为摆在运营商面前的现实问题。智能多业务边缘的引入，并非简单地将SDH升级为MSTP，它同时提供了多种流量优化手段及业务识别和QoS保障能力，使现有的传输资源可以得到最有效的利用，在3G引入的前期甚至中期真正实现“3GForFree”。同时，随着业务的发展，还可逐步实现向全IP/Ethernet交换网络的有计划、按步骤的演进（首先，通过混合组网模式实现HSPAOffloading，将带宽收益较低的数据业务转移至性价比更高的IP/Ethernet平面；继而随着3G的发展及电信级以太网技术的成熟，逐步实现全网IP/Ethernet承载），从而更加有效地优化了综合投资成本，实现了更高的成本效益。